Кадровая память что это такое

Обновлено: 22.11.2024

Что означает ферроэлектрическая оперативная память (FRAM)?

Ферроэлектрическая память с произвольным доступом (FRAM, F-RAM или FeRAM) — это форма энергонезависимой памяти, по архитектуре аналогичная DRAM. Однако он использует сегнетоэлектрический слой вместо диэлектрического слоя, чтобы достичь энергонезависимости. Ферроэлектрическая оперативная память, рассматриваемая как потенциальная альтернатива технологиям энергонезависимой оперативной памяти, обладает теми же функциями, что и флэш-память.

Techopedia рассказывает о ферроэлектрической оперативной памяти (FRAM)

Несмотря на название, ферроэлектрическая оперативная память на самом деле не содержит железа. Обычно в нем используется титанат цирконата свинца, хотя иногда используются и другие материалы. Хотя разработка ферроэлектрической ОЗУ восходит к заре полупроводниковой технологии, первые устройства на основе ферроэлектрической ОЗУ были произведены примерно в 1999 году. Сегнетоэлектрическая ячейка памяти ОЗУ состоит из битовой линии, а также конденсатора, соединенного с пластиной. Двоичные значения 1 или 0 сохраняются в зависимости от ориентации диполя внутри конденсатора. Ориентацию диполя можно установить и изменить с помощью напряжения.

По сравнению с более устоявшимися технологиями, такими как флэш-память и DRAM, ферроэлектрическая оперативная память используется не так часто. Сегнетоэлектрическая оперативная память иногда встраивается в микросхемы на основе КМОП, чтобы помочь микроконтроллерам иметь собственную ферроэлектрическую память. Это помогает сократить количество стадий включения памяти в микроконтроллеры, что приводит к значительной экономии средств. Это также дает еще одно преимущество низкого энергопотребления по сравнению с другими альтернативами, что очень помогает микроконтроллерам, где энергопотребление всегда было препятствием.

Сегнетоэлектрическая оперативная память имеет множество преимуществ. По сравнению с флэш-памятью у него меньшее энергопотребление и более высокая производительность записи. По сравнению с аналогичными технологиями ферроэлектрическая оперативная память обеспечивает большее количество циклов записи-стирания. Сегнетоэлектрическая оперативная память также обеспечивает большую надежность данных.

Существуют определенные недостатки, связанные с ферроэлектрической оперативной памятью. Он имеет меньшую емкость по сравнению с флэш-устройствами, а также стоит дорого. По сравнению с DRAM и SRAM, ферроэлектрическая RAM хранит меньше данных в том же пространстве. Кроме того, из-за деструктивного процесса чтения ферроэлектрической ОЗУ требуется архитектура записи после чтения.

Сегнетоэлектрическая оперативная память используется во многих приложениях, таких как контрольно-измерительные приборы, медицинское оборудование и промышленные микроконтроллеры.

FRAM, ферроэлектрическая оперативная память — это форма памяти с произвольным доступом, которая сочетает в себе скорость и энергонезависимость.

FRAM, ферроэлектрическая RAM, представляет собой форму оперативной памяти, которая сочетает в себе возможности быстрого чтения и записи динамической RAM, DRAM, а также обеспечивает энергонезависимую работу.

Сегнетоэлектрическая оперативная память также известна как F-RAM или FeRAM, так как она способна конкурировать с технологией Flash во многих областях, хотя ее использование имеет ряд преимуществ и недостатков.

Хотя название FRAM или ферроэлектрическая RAM, кажется, указывает на то, что в памяти существует железный элемент, на самом деле это не так.

История сегнетоэлектрической оперативной памяти

Разработка FRAM началась на заре полупроводниковых технологий. Впервые эта идея была предложена в 1952 году, но потребовалось много лет, прежде чем она получила должное развитие, поскольку технологий, необходимых для ее реализации, не существовало.

Некоторые работы над технологией были начаты в 1980-х, а затем, в начале 1990-х, часть НАСА приступила к работе над технологией обнаружения импульсов УФ-излучения.

Однако примерно в 1999 году были произведены первые устройства, и с тех пор эту технологию используют такие компании, как Ramtron, Fujitsu, Texas Instruments, Samsung, Matsushita, Infineon и другие.

Использование FRAM

В настоящее время ферроэлектрическая оперативная память не так широко используется, как многие из более известных технологий, включая DRAM и флэш-память. Эти технологии прочно укоренились и широко используются.

Поскольку разработчики часто полагаются на проверенные технологии, которые гарантированно обеспечивают требуемую производительность, они часто неохотно используют такие технологии, как FRAM, обеспечение которых не гарантируется. Кроме того, такие проблемы, как плотность памяти, которая ограничивает размер доступной памяти, привели к тому, что они не использовались так широко.

Однако в настоящее время технология FRAM внедряется в микросхемы с использованием технологии CMOS, что позволяет микроконтроллерам иметь собственную память FRAM. Для этого требуется меньше ступеней, чем требуется для встраивания флэш-памяти в микросхемы микроконтроллера, что обеспечивает значительное снижение затрат.

Базовая ферроэлектрическая ОЗУ, ячейка памяти FRAM

Еще одним преимуществом, помимо энергонезависимого характера памяти, является ее очень низкое энергопотребление, что прекрасно подходит для использования в микроконтроллерах, где энергопотребление часто является ключевой проблемой.

Сравнение FRAM и других технологий памяти

FRAM обладает характеристиками, которые означают, что он подходит для самых разных целей. Однако полезно иметь возможность сравнить производительность и параметры FRAM с другими известными технологиями памяти.

FRAM (ферроэлектрическая память с произвольным доступом или FeRAM) — это автономная энергонезависимая память, которая позволяет мгновенно записывать и сохранять важные данные при отключении питания. Они идеально подходят для критически важных приложений регистрации данных, таких как высокопроизводительные программируемые логические контроллеры (ПЛК), требующие высокой надежности управления и пропускной способности, или устройства для мониторинга пациентов, улучшающие качество жизни. Разработанные в маломощном и компактном корпусе, F-RAM обеспечивают мгновенную энергонезависимость и практически неограниченный срок службы без ущерба для скорости или энергоэффективности.

Плотность: 4Кб, 16Кб, 64Кб, 128Кб, 256Кб, 512Кб, 1Мб, 2Мб, 4Мб, 8Мб, 16Мб
Интерфейс: I2C, SPI, QSPI, Parallel(X8, X16)

Запись NoDelay™ – запись данных в ячейки памяти со скоростью шины без задержки.
Высокая износостойкость: срок службы памяти с плавающим затвором превышает 100 триллионов циклов записи.
Сверхнизкое энергопотребление: потребляет в 200 раз меньше энергии, чем EEPROM, и в 3000 раз меньше, чем NOR Flash
Устойчивость к излучению: невосприимчивость к программным ошибкам, вызванным излучением, которое может привести к переворачиванию битов.

Infineon предлагает широкий ассортимент последовательных и параллельных энергонезависимых запоминающих устройств F-RAM. Наши стандартные F-RAM доступны с плотностью от 4 кбит до 4 Мбит. Excelon™ — это следующее поколение памяти FRAM от Infineon. Excelon™ F-RAM обеспечивает энергонезависимую память с самым низким энергопотреблением в отрасли, сочетая работу со сверхнизким энергопотреблением с высокоскоростными интерфейсами, мгновенную энергонезависимость и неограниченный срок службы циклов чтения/записи, что делает ее идеальной памятью для регистрации данных для портативных медицинских, носимых устройств. , датчик IoT, промышленные и автомобильные приложения. Они доступны с плотностью от 2 Мбит до 16 Мбит и поддерживают диапазон рабочих напряжений от 1,71 В до 1,89 В в дополнение к широкому диапазону напряжений от 1,8 В до 3,6 В.
Узнайте больше о наших высокоплотных модулях Excelon™ FRAM высокой плотности. .

Память F-RAM создана на основе ферроэлектрической технологии. Чип F-RAM содержит тонкую ферроэлектрическую пленку цирконата-титаната свинца, обычно называемую PZT. Атомы в PZT меняют полярность в электрическом поле, тем самым создавая энергоэффективный двоичный переключатель. Однако наиболее важным аспектом PZT является то, что на него не влияют перебои с питанием, что делает F-RAM надежной энергонезависимой памятью. Основной принцип работы F-RAM и ее уникальная архитектура ячеек памяти обеспечивают определенные преимущества, которые отличают эту технологию от конкурирующих технологий памяти, таких как EEPROM или NOR Flash.

Продукты F-RAM относятся к энергонезависимой памяти с самым низким энергопотреблением в отрасли и потребляют гораздо меньше активного тока, чем конкурирующие решения EEPROM и MRAM. Это делает F-RAM пригодными для устройств с батарейным питанием, таких как носимые устройства и медицинские имплантаты. Практически неограниченный срок службы и мгновенная энергонезависимость гарантируют, что F-RAM превосходят существующие памяти, такие как EEPROM и NOR Flash, в нескольких приложениях для регистрации данных.

<р>1. Посмотрите введение в технологию Infineon F-RAM
3. Узнайте больше о продуктах F-RAM
4. Изучите проблемы проектирования систем и рекомендации по их решению
5. Загрузите спецификации
6. Загрузите все примечания по применению F-RAM
7. Запросите комплект для разработки F-RAM
8. Воспользуйтесь селектором продуктов, чтобы выбрать F-RAM, соответствующую вашим требованиям
10. Отправьте свои схемы на проверку группе разработчиков приложений Infineon с помощью сообщества разработчиков Infineon

FRAM (Ferroelectric RAM) — энергонезависимая память с высокой скоростью записи. FRAM не требует резервной батареи для хранения данных и отличается более высокой надежностью при чтении/записи, более высокой скоростью записи и более низким энергопотреблением по сравнению с обычными энергонезависимыми запоминающими устройствами, такими как EEPROM, флэш-память. Наши устройства FRAM в производстве поставляются на промышленный рынок более 21 года.

Поэтому FRAM — это высокопроизводительная и очень надежная память, изготовленная с использованием зрелого производственного опыта.

Структура FRAM

Fujitsu использует PZT (цирконат-титанат свинца) в качестве ферроэлектрического материала в нашей FRAM. Кристаллическая структура PZT показана на рисунке справа.

Положительный ион циркония или титана занимает два стабильных положения в решетке и может перемещаться между положениями с помощью приложения внешнего электрического поля. Поскольку два стабильных положения немного смещены от центра заряда, в сегнетоэлектрическом материале появляется электрическая поляризация с двумя противоположными направлениями, вверх или вниз на рисунке.
Либо поляризация вверх, либо вниз может быть сохранена, даже если электрическое поле удалено, и может переключаться между собой, если приложено противоположное поле.

Fujitsu может определить данные «0» и «1» как «верхнюю поляризацию» и «нижнюю поляризацию» сегнетоэлектрической пленки соответственно. Когда электрическое поле прикладывается к сегнетоэлектрическому конденсатору, состоящему из двух электродов, заключенных в сегнетоэлектрическую пленку, получается нелинейная зависимость поляризации-электрического поля (P-E), которая называется «кривой гистерезиса P-E».

Переключение направления поляризации с помощью приложения электрического поля для перезаписи данных, как правило, намного быстрее, чем скорость перезаписи памяти с плавающим затвором, такой как EEPRAM и флэш-память, в которых используется туннелирование электронов через пленку диоксида кремния с применением высокого напряжения для данных. переписывание.

Ферроэлектрическая оперативная память, известная как FeRAM или FRAM, представляет собой высокопроизводительную энергонезависимую память. Она похожа на DRAM (Dynamic RAM) и предлагает более 1 триллиона (10 13 ) циклов чтения/записи. В этом посте речь пойдет о ферроэлектрической памяти с произвольным доступом (FRAM), ее принципе работы, структуре ячеек, приложениях, преимуществах и недостатках.

Что такое ферроэлектрическая оперативная память (FRAM)

Ферроэлектрическая память с произвольным доступом, известная как FeRAM или FRAM, представляет собой идеальную энергонезависимую память, обладающую преимуществами как динамического ОЗУ, так и ПЗУ. Этот тип памяти потребляет меньше энергии, работает во много раз быстрее и обеспечивает более 1 триллиона (1013) циклов чтения/записи. Данные, хранящиеся в памяти FRAM, не теряются даже при отключении питания. FRAM не подвержен влиянию магнитных полей, так как в чипе нет ферромагнитного материала (железа).

Рис. 1 – Введение в ферроэлектрическую оперативную память (FRAM)

Ячейка памяти состоит из ферроэлектрического конденсатора и МОП-транзистора, и данные считываются путем приложения к конденсатору электрического поля. Если внешнее поле удалить из FRAM, оно останется поляризованным. Это называется остаточной поляризацией, которая является нелинейной поляризацией. Следовательно, ферроэлектрическая оперативная память является энергонезависимой.

Как работает ферроэлектрическая оперативная память (FRAM)

Чтобы узнать принцип работы ферроэлектрической оперативной памяти (FRAM), давайте разберемся с ферроэлектрическим кристаллом, как показано на рисунке. 2.

Рис. 2 – Структура сегнетоэлектрического кристалла

Сегнетоэлектрический кристалл состоит из ионных кристаллов и имеет кубическую структуру с ионами бария в углах куба, ионами кислорода в центрах граней и ионами титана в центре тела. Всякий раз, когда электрическое поле прикладывается к поверхности кристалла, атом движется в направлении данного поля. В то время как реверсивное поле заставляет атом двигаться в противоположном направлении. Положения атомов вверху и внизу кристаллов называются стабильными.

Центральный атом движется в направлении приложенного электрического поля. Когда атом перемещается через энергетический барьер в кристалле, он вызывает импульс тока, и внутренняя схема воспринимает этот всплеск и устанавливает память. Центральный атом остается неподвижным, если электрическое поле снимается с кристалла, сохраняя таким образом состояние памяти.

Принцип работы ферроэлектрической оперативной памяти (FRAM)

Принцип работы ферроэлектрической оперативной памяти включает в себя две функции:

Операция чтения в ферроэлектрической оперативной памяти (FRAM)

Когда к конденсатору приложено электрическое поле, подвижные атомы будут перемещаться по кристаллам в направлении поля, что приводит к возникновению импульса тока. Усилитель считывания обнаруживает импульс, представляющий сохраненные данные как «0» или «1». Поскольку операция «чтения» памяти включает изменение состояния, схема автоматически восстанавливает состояние памяти, поскольку каждый доступ для чтения сопровождается операцией предварительной зарядки, которая восстанавливает состояние памяти.

Несмотря на то, что операция "чтения" уничтожает данные, хранящиеся в конденсаторе, они записываются обратно усилителем считывания менее чем за 70 нс, подобно DRAM.

Рис. 3 – Модуль FRAM

Операция записи в ферроэлектрическую оперативную память (FRAM)

Подобно операции чтения, операция предварительной зарядки следует за доступом для записи.

Схема применяет данные «записи» к ферроэлектрическим конденсаторам. При необходимости новые данные просто переключают состояние сегнетоэлектрических кристаллов.

Запись «1» в ячейку памяти
Запись «0» в ячейку памяти

Запись «1» в ячейку памяти

Первоначально на битовую линию подается напряжение источника, как показано на рис. 4. Это обеспечивает полное напряжение на ферроэлектрическом конденсаторе. Разрешение пластины подается импульсно, линия слов остается активной до тех пор, пока битовая линия не будет возвращена в «0», а разрешение пластины не будет полностью опущено. Конечное состояние конденсатора отрицательное.

Запись «0» в ячейку памяти

В этой операции битовая линия устанавливается на «0» В перед активацией словарной линии. После этого Word Line остается активированным, а Plate Enable полностью опускается вниз, что похоже на запись «1». Данные остаются в ячейке, даже когда транзистор находится в выключенном состоянии, и, следовательно, они энергонезависимы.

Читайте также: